Se puede hacer que un intercambiador de calor de acero al carbono sobreviva una corriente de proceso ligeramente ácida-como un lavado con ácido clorhídrico diluido-recubriendo sus superficies internas con una fina capa metálica-resistente a la corrosión. Los recubrimientos estándar de níquel químico se han utilizado durante mucho tiempo para este propósito, pero una variación más nueva que incorpora pequeñas cantidades de boro está atrayendo la atención por ofrecer una barrera protectora más densa, dura y resistente a los ácidos-.
El creciente interés enIntercambiador de acero chapado Ni-P-B no electrolítico, ácido suaveaplicaciones refleja una tendencia industrial más amplia hacia extender la vida útil de los equipos sin pasar inmediatamente a una costosa construcción de aleaciones sólidas-.
Por qué el servicio ligeramente ácido daña los intercambiadores de acero
Los intercambiadores de calor de acero al carbono siguen siendo atractivos debido a:
Bajo costo de material
Buena resistencia mecánica
Facilidad de fabricación
Excelente conductividad térmica
Sin embargo, incluso los ambientes ácidos diluidos pueden atacar gradualmente las superficies de acero expuestas.
Los servicios comunes ligeramente corrosivos incluyen:
Lavados con ácido clorhídrico diluido.
Corrientes de enjuague con ácido sulfúrico
Agua de proceso acidificada
Sistemas de recuperación del decapado
Circuitos de limpieza química de baja-temperatura
Sin protección, el acero al carbono en estos sistemas puede experimentar:
Corrosión generalizada
picaduras
Adelgazamiento de la pared del tubo
Contaminación por hierro del fluido del proceso.
Para muchas plantas, la sustitución total por aleaciones exóticas como Hastelloy o titanio resulta económicamente difícil. Por lo tanto, los revestimientos protectores ocupan un importante punto medio.
¿Qué es el revestimiento de níquel-fósforo-boro no electrolítico?
El revestimiento de níquel-fósforo-boro químico es un recubrimiento metálico depositado químicamente que se aplica sin corriente eléctrica externa.
A diferencia de la galvanoplastia convencional, la deposición se produce uniformemente en todas las superficies mojadas mediante una reacción química autocatalítica.
Esto permite un espesor de recubrimiento constante incluso en el interior:
Tubos-de pequeño diámetro
agujeros ciegos
Geometrías complejas de intercambiadores
Grietas internas
La capa resultante combina:
Níquel
Fósforo
Pequeñas adiciones de boro
La adición de boro altera significativamente la microestructura y el rendimiento del recubrimiento depositado.
Cómo el boro mejora el recubrimiento
Los revestimientos tradicionales de níquel-fósforo químico ya proporcionan una buena resistencia a la corrosión, pero la adición de boro introduce varias mejoras importantes.
Estructura mixta amorfa y nanocristalina.
El depósito de níquel-fósforo-boro desarrolla una microestructura mixta amorfa y nanocristalina.
Esta estructura contribuye a:
Porosidad reducida
Mayor densidad
Continuidad superficial mejorada
Mayor protección de barrera
La porosidad se minimiza en comparación con los recubrimientos convencionales de Ni-P químico, lo que reduce la probabilidad de que el ácido alcance el sustrato de acero.
Una fina capa vítrea de níquel-boro convierte el acero barato en un manipulador tolerante a los ácidos-capaz de sobrevivir a condiciones que, de otro modo, consumirían rápidamente el acero al carbono desprotegido.
Mejoras de dureza después del tratamiento térmico
Una de las ventajas más importantes de los recubrimientos EN-P-B es su capacidad de desarrollar una dureza extremadamente alta después del tratamiento térmico.
La dureza típica post-tratamiento térmico-puede exceder:
>1000 HV>1000\ HV>1000 voltios
Esta mejora de la dureza aumenta la resistencia a:
Abrasión
Erosión
Desgaste de lodo
Daño superficial inducido por el flujo-
Para intercambiadores que manejan fluidos ligeramente ácidos que contienen sólidos en suspensión, esta resistencia adicional al desgaste resulta especialmente valiosa.
Mecanismos de protección contra la corrosión
El recubrimiento actúa principalmente como una capa barrera que separa el sustrato de acero del fluido ácido del proceso.
Resistencia a ácidos diluidos no-oxidantes
El Ni-P-B electrolítico funciona particularmente bien en:
Ácido sulfúrico diluido
Ácido clorhídrico diluido
Servicio con ácido no-oxidante a baja-temperatura
El recubrimiento retarda la corrosión al limitar el acceso de electrolitos al acero subyacente.
Protección galvánica en defectos
Si existen poros microscópicos o discontinuidades en el revestimiento, el níquel puede proporcionar una protección galvánica limitada a las superficies de acero cercanas bajo ciertas condiciones.
Esto ayuda a retardar el ataque localizado alrededor de pequeñas imperfecciones del revestimiento.
Aunque no es inmune a daños, la capa chapada extiende dramáticamente la vida operativa del intercambiador en comparación con el acero desnudo.
Por qué es importante el espesor uniforme en los intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor contienen muchas superficies geométricamente difíciles que resultan difíciles de recubrir uniformemente con métodos convencionales.
La deposición no electrolítica ofrece importantes ventajas porque el proceso recubre:
Interiores de tubos uniformemente.
Placas tubulares consistentemente
Pasajes de flujo uniformemente
Esquinas internas sin acumulación de bordes
La uniformidad reduce los puntos débiles donde podría comenzar la corrosión localizada.
Esta característica es particularmente valiosa en intercambiadores de carcasa-y-tubos, donde el acceso para inspección y reparación puede ser limitado.
Ventajas económicas sobre la construcción de aleación sólida
Para servicios ligeramente corrosivos, las aleaciones sólidas de níquel o los intercambiadores de titanio pueden ser técnicamente excesivos.
Los recubrimientos químico Ni-P-B permiten que los equipos de acero al carbono logren:
Vida útil más larga
Frecuencia de mantenimiento reducida
Resistencia a la corrosión mejorada
Menor costo de capital
El enfoque es especialmente atractivo para:
Plantas con presupuesto-restringido
Proyectos de modernización
Sistemas de proceso secundario
Servicio ácido a temperatura-moderada
En muchos casos, revestir un intercambiador existente cuesta sólo una fracción de reemplazarlo por un diseño totalmente aleado.
Limitaciones químicas y de temperatura
A pesar de sus ventajas, el revestimiento de níquel-fósforo-boro químico no es adecuado para todos los entornos corrosivos.
Límites de temperatura
El recubrimiento generalmente sigue siendo eficaz sólo hasta aproximadamente:
400∘C400^\\circ C400∘C
Por encima de este rango:
La estabilidad estructural disminuye
Aumenta el riesgo de oxidación
La adherencia puede deteriorarse
Las propiedades mecánicas pueden cambiar.
Sensibilidad a los ácidos oxidantes
El recubrimiento tampoco es adecuado para ácidos fuertemente oxidantes o sistemas químicos agresivos que atacan directamente al níquel.
Los entornos problemáticos incluyen:
Ácido nítrico concentrado
Cloruros oxidantes fuertes
Ciertos agentes complejantes
Química amoniacal
En estas condiciones, las tasas de corrosión pueden aumentar rápidamente.
Un valioso punto medio para la industria
la fuerza deIntercambiador de acero chapado Ni-P-B no electrolítico, ácido suaveLa tecnología radica en su capacidad para llenar la brecha de rendimiento entre el acero desnudo económico y las costosas aleaciones exóticas.
El recubrimiento ofrece:
Mejor resistencia a la corrosión que el acero estándar.
Costo más bajo que la construcción con alta-aleación
Dureza mejorada en comparación con el níquel químico estándar
Vida útil extendida del intercambiador
Para muchos entornos de procesos ligeramente ácidos, esta balanza puede proporcionar la solución de ingeniería más práctica.
Tendencias de desarrollo futuras
La investigación sobre recubrimientos no electrolíticos ternarios y cuaternarios continúa ampliándose.
Las mejoras futuras pueden incluir:
Refuerzo mejorado de nanopartículas
Métodos de deposición de menor porosidad.
Estabilidad térmica mejorada
Recubrimientos metálicos cerámicos-híbridos
Química de superficie autocurativa
A medida que las plantas químicas buscan una mayor vida útil de sus equipos con una menor inversión de capital, es probable que los recubrimientos no químicos avanzados obtengan una mayor aceptación industrial.
Conclusión
El revestimiento de níquel-fósforo-boro químico está surgiendo como una tecnología prometedora para extender la vida operativa de los intercambiadores de calor de acero al carbono en ambientes ligeramente ácidos. Al combinar la deposición uniforme no electrolítica con los beneficios estructurales introducidos por el boro, el recubrimiento ofrece una superficie densa, de baja-porosidad y altamente resistente a la corrosión-, capaz de proteger el acero contra la exposición diluida al ácido sulfúrico y clorhídrico.
La estructura mixta amorfa y nanocristalina resultante mejora la dureza, reduce la porosidad y mejora la resistencia al desgaste en comparación con los recubrimientos tradicionales de níquel químico. Aunque persisten las limitaciones químicas y de temperatura, la tecnología ofrece una alternativa económica a la construcción con aleación completa para muchos servicios ácidos de gravedad baja-a-moderada.
La adición de boro al níquel químico está ampliando gradualmente el papel práctico de los intercambiadores de acero económicos en entornos de procesamiento corrosivos. La aleación a escala atómica-incluso dentro de una capa delgada-puede alterar drásticamente el futuro operativo de un tubo de acero al carbono ordinario.
